專利名稱：壓電/電致伸縮裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓電/電致伸縮裝置，其包括固定部，固定部支撐的薄板部以及包括層疊的電極和壓電/電致伸縮層的壓電/電致伸縮元件。
背景技術：
上述類型的壓電/電致伸縮裝置可作為精密加工的制動器；讀取和/或寫入光信息、磁信息等類似信息時，可作為控制讀取和/或寫入元件(如，硬盤驅動器磁頭)位置的制動器；可作為將機械振動轉化為電子信號的感應器；或作為類似設備。
日本公開專利(kakai)No.2001-320103給出了一個該壓電/電致伸縮裝置的實例，如圖13所示。該壓電/電致伸縮裝置包含固定部100；固定部100支撐的薄板部110；薄板部110相應末端的保持部(可移動部分)120，可調整該部分以持有物體(如，硬盤驅動器磁頭)；至少在薄板部110的相應表面形成的壓電/電致伸縮元件130，各壓電/電致伸縮元件130包含交替層疊在一起的多個電極和多個壓電/電致伸縮層。在壓電/電致伸縮裝置中，壓電/電致伸縮元件130的電極間形成導電區(qū)域，進而可擴展或壓縮壓電/電致伸縮元件130的壓電/電致伸縮層，由此薄板部110可發(fā)生變形。薄板部110的變形會導致保持部120的位移(相應地，位移保持部120持有的物體)。
圖13所示的壓電/電致伸縮裝置，其制造過程如下所示。首先，如圖14所示，準備多個陶瓷粗胚片(ceramic green sheets)(和/或一個陶瓷粗胚層疊片)。如圖15所示，這些陶瓷粗胚片被層疊在一起并進行煅燒，進而形成陶瓷層疊片(ceramic laminate)200。如圖16所示，包含交替層疊的多個電極和多個壓電/電致伸縮層的各壓電/電致伸縮層疊片210，在陶瓷層疊片200的表面形成。利用線狀鋸進行線狀鋸切加工(或，如切塊(dicing))，如圖17所示，沿著切割線C1到C4對壓電/電致伸縮層疊片210進行切割，從而形成壓電/電致伸縮裝置。
在上述壓電/電致伸縮裝置被用作控制硬盤驅動器磁頭位置的制動器的情況下，碎片、灰塵或類似物體附著在硬盤上時，可能導致錯誤數(shù)據讀取/寫入。因此，壓電/電致伸縮裝置的安放環(huán)境，應盡可能地將碎片、灰塵等類似物體的生成(在下文中，碎片、灰塵或類似物體的生成可稱為“灰塵生成”)降低到最低水平。
在此情況下，使用上述壓電/電致伸縮裝置，使得形成單一平面的裝置側端面(即，圖17中沿著切割線C3或C4的切割面)與硬盤表面相對，從而在側端面和硬盤表面之間形成一個相對較小的間隙。因此，特別地，作為壓電/電致伸縮裝置組成部分的側端面(即，圖17中沿著切割線C3或C4的切割面)可形成單一平面，必須避免因該平面的微粒分離(在下文中，微粒分離可稱為“粒子分離”)而引起的灰塵生成。
例如，在上述壓電/電致伸縮裝置中，固定部100、薄板部110和保持部120由陶瓷材料制成，其中包含的主要元素是擁有高機械強度和韌性的(部分穩(wěn)定)氧化鋯。壓電/電致伸縮元件130的多個電極(即，組成部分)由柔軟性較高的金屬，如鉑組成。元件130的壓電/電致伸縮層(即，組成部分)由壓電陶瓷材料組成，其中包含的主要元素是強度相對較低且脆度較高的鋯鈦酸鉛(PZT)。這類強度相對較低的脆性材料因重復應力的應用可能產生粒子分離。因此，在壓電/電致伸縮裝置組成部分的側端面(切割面)中，由壓電陶瓷材料組成的壓電/電致伸縮層側端面很可能產生粒子分離。
一般地，例如，在下列現(xiàn)象中可能導致材料切割面的粒子分離切割之后切割面附近保留的應力分布(即，殘留應力的分布)，由于切割面的大規(guī)模不規(guī)則性而變成不均勻，而材料中已變形的切割面附近產生局部異常高應力(應力集中)，從而導致材料斷裂；在切割過程中，對材料添加負載時材料切割面附近形成的微裂紋，當對材料重復施壓時，該裂縫不斷增大進而導致材料斷裂。
因此，為了將上述壓電/電致伸縮層中側端面(即，圖17中沿著切割線C3或C4的切割面)的粒子分離引起的灰塵生成降低到最低級別，必須盡可能地降低壓電/電致伸縮層中側端面(切割面)的不規(guī)則性。為了降低表面不規(guī)則性，必須利用可能的最小粒子作為研磨粒子，以最低切割速度形成上述壓電/電致伸縮層的側端面。然而，該切割過程會有這樣的問題需要相當長時間來執(zhí)行操作。
當微裂紋在上述切割過程中形成時，壓電/電致伸縮層必須進行用于消除微裂紋的預定熱處理。通過層中的固態(tài)反應，該熱處理可消除在壓電/電致伸縮層中形成的微裂紋，并通過層材料的玻璃化以抑制粒子分離。不過，當該預定熱處理在短時間內快速進行或在不適當溫度下進行時，可能在壓電/電致伸縮裝置中產生熱應力，進而導致設備空間精度的降低。因此，該預定熱處理必須在嚴格溫度控制下及相對較長時間內進行。

發(fā)明內容
鑒于前述內容，本發(fā)明的目的在于提供一種壓電/電致伸縮裝置，其可以以高效率生產，且能有效地防止壓電/電致伸縮層中側端面(加工面)的粒子分離，其中壓電/電致伸縮層是壓電/電致伸縮元件的組成部分。
為了達到上述目的，本發(fā)明中的壓電/電致伸縮裝置包含薄板部；支撐薄板部的固定部；和至少在薄板部的一個平面上形成的壓電/電致伸縮元件，壓電/電致伸縮元件包含交替層疊在一起的多個電極和至少一個壓電/電致伸縮層，形成單一平面的壓電/電致伸縮元件側端面由多個電極的各側端面和至少一個壓電/電致伸縮層的側端面組成，其特征是該壓電/電致伸縮層中側端面的表面粗糙度的算術平均值為0.05μm或更小。
優(yōu)選地，壓電/電致伸縮層的側端面通過研磨壓電/電致伸縮元件的側端面而形成，其形成所述單個平面。
壓電/電致伸縮層(相應地，形成上述單一平面的壓電/電致伸縮元件(壓電/電致伸縮裝置)側端面)的側端面(切割面或加工面)，其表面粗糙度的算術平均值為0.05μm或更小。這可通過對粗糙表面進行研磨或類似技術加工得到，而粗糙表面通過諸如線狀鋸(或切塊)的機械加工、激光加工(如，YAG激光加工)或電子束加工得到。
通過研磨(或類似技術)對粗糙表面進行拋光，可將壓電/電致伸縮層中側端面的不規(guī)則性降低到非常低的水平，由此在側端面附近形成均勻殘留變形(即，殘留應力)。因此，當壓電/電致伸縮層在操作壓電/電致伸縮裝置期間發(fā)生變形時，可避免在側端面附近產生上述局部異常高應力(應力集中)，因此也就不可能發(fā)生粒子分離趨勢。
研磨該粗糙面可消除由于上述機械加工或類似方法在壓電/電致伸縮層的側端面(即，上述粗糙面)附近形成的微裂紋。因此，即使當操作壓電/電致伸縮裝置期間產生的重復應力用于壓電/電致伸縮層時，也不會發(fā)生因微裂紋擴大而引起的粒子分離。
因此，已進行上述機械加工或類似加工的壓電/電致伸縮裝置，并不要求進行上述消除微裂紋的熱處理，來避免在壓電/電致伸縮層的側端面發(fā)生粒子分離，熱處理會引起生產效率的降低。此外，可縮短上述機械加工或類似加工過程所需的時間，因為研磨等操作在機械加工等之后進行，所以由機械加工等形成的粗糙面不規(guī)則尺寸無需調整到相對較低的水平。換而言之，本發(fā)明的壓電/電致伸縮裝置可在相對較短時間內制造；即，設備生產效率高。也就是說，本發(fā)明提供的壓電/電致伸縮裝置的生產效率高，且能有效制止壓電/電致伸縮層中側端面(加工面)的粒子分離，所述壓電/電致伸縮層是壓電/電致伸縮元件的組成部分。


圖1為顯示依照本發(fā)明一具體實施方式
的壓電/電致伸縮裝置的透視圖。
圖2為顯示圖1中壓電/電致伸縮裝置和壓電/電致伸縮裝置所持物體的透視圖。
圖3為顯示圖1中壓電/電致伸縮裝置的局部放大前視圖。
圖4為顯示圖1中壓電/電致伸縮裝置的更改例的透視圖。
圖5為顯示陶瓷粗胚片(ceramic green sheets)的透視圖，這些薄片以某種方式層疊在一起以制造依照本發(fā)明的壓電/電致伸縮裝置。
圖6為顯示陶瓷粗胚層疊片的透視圖，該陶瓷粗胚層疊片通過將圖5中的陶瓷粗胚片層疊并壓力接合在一起形成。
圖7為顯示將圖6中陶瓷粗胚層疊片整體煅燒(monolithically firing)在一起的陶瓷層疊片透視圖。
圖8為顯示在圖7的陶瓷層疊片上形成壓電/電致伸縮層疊片的透視圖。
圖9顯示了切割圖8中陶瓷層疊片和壓電/電致伸縮層疊片的步驟。
圖10為顯示圖1中壓電/電致伸縮裝置的另一更改例透視圖。
圖11顯示了在圖1的壓電/電致伸縮裝置中安放物體的實例。
圖12為顯示圖1中壓電/電致伸縮裝置的又一更改例透視圖。
圖13為顯示傳統(tǒng)壓電/電致伸縮裝置的透視圖。
圖14為顯示用于在圖13中壓電/電致伸縮裝置制造過程中進行層疊的陶瓷粗胚片。
圖15為顯示將圖14中陶瓷粗胚片層疊并壓力接合在一起形成的陶瓷粗胚層疊片整體煅燒(monolithically firing)后形成的陶瓷層疊片的透視圖。
圖16為顯示在圖15的陶瓷層疊片上形成壓電/電致伸縮層疊片的透視圖。
圖17顯示了切割圖16中陶瓷層疊片和壓電/電致伸縮層疊片的步驟。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述依照本發(fā)明的壓電/電致伸縮裝置的一實施方式。如圖1的透視圖所示，根據本實施方式的壓電/電致伸縮裝置10包含長方體形狀的固定部11；一對相互正對的薄板部12，固定部11支撐著薄板部12使其處于直立位置；保持部(可移動部分)13在薄板部12的對應末端，且厚度比薄板部12更大；和至少在薄板部12的對應外表面形成的、包含交替層疊在一起的層狀電極和壓電/電致伸縮層的壓電/電致伸縮元件。例如，這些部分的一般配置方式可參考日本公開專利(kokai)No.2001-320103。
如圖2所示，壓電/電致伸縮裝置10被用于制動器，其中在一對保持部13之間持有物體S，壓電/電致伸縮元件產生的應力可使薄板部12發(fā)生變形，從而可位移保持部13進而控制物體S的位置。物體S可以是磁頭、光度頭、用于感應器的靈敏度調整碼等。
固定部11、薄板部12和保持部13組成的部分(一般也稱為“基體部分”)由陶瓷層疊片形成，該陶瓷層疊片可通過煅燒層疊的陶瓷粗胚片形成，具體描述如下。該一體陶瓷元件并非利用粘合劑將各部分粘合在一起，因此隨著時間推移，不會發(fā)生狀態(tài)變化，所以可提供高可靠結合且在剛性方面有優(yōu)勢。通過陶瓷粗胚片層疊處理，可以很容易地制造出該陶瓷層疊片，其具體描述可見下文。
基體部分的整體可通過陶瓷材料或金屬獲得，或者可采取陶瓷材料和金屬結合使用的混合結構。同樣，陶瓷片可通過諸如有機樹脂或玻璃等粘合劑結合在一起，或金屬片可通過銅焊、焊接、熔接、定位焊接等類似工藝結合在一起，進而形成基體部分。
如圖3的放大圖所示，壓電/電致伸縮元件14附著在固定部11(或固定部的一部分)和薄板部12(或薄板部的一部分)的外壁表面(外表面)上，其包括多個層狀電極和多個壓電/電致伸縮層，且采用層狀電極和壓電/電致伸縮層交互層疊在一起的層疊狀的形態(tài)。電極層和壓電/電致伸縮層與薄板部12的表面平行。更具體而言，壓電/電致伸縮元件14是一個層狀制品，其中按電極a1、壓電/電致伸縮層b1、電極a2、壓電/電致伸縮層b2、電極a3、壓電/電致伸縮層b3、電極a4、壓電/電致伸縮層b4、電極a5的順序層疊在薄板部12的外表面上。電極14a1、14a3和14a5電連接在一起，它們與同樣電連接在一起的電極14a2和14a4絕緣。換而言之，電連接的電極14a1、14a3和14a5以及電連接的電極14a2和14a4以類似于梳齒的形狀排列。
通過膜層成形處理，壓電/電致伸縮元件14與基體部分結合在一起，下面將進行具體說明。可選地，壓電/電致伸縮元件14可與基體部分分開制造，隨后，利用有機樹脂等粘合劑或通過玻璃、銅焊、焊接、定位焊接等類似工藝將壓電/電致伸縮元件14和基體部分結合在一起。
本實施方式給出了一個包含五個電極層的多層結構，但對層數(shù)沒有特定限制。一般地，隨著層數(shù)的增加，使薄板部12變形的應力(設備應力)也隨之增加，功率消耗也同樣增加。因此，可根據例如應用和使用狀態(tài)適當決定層數(shù)。
下面將給出壓電/電致伸縮裝置10中組成元件的補充描述。
保持部13基于薄板部12的位移而工作。根據壓電/電致伸縮裝置10的應用，各種構件可附到保持部13上。例如，當壓電/電致伸縮裝置10被用作用于移動物體的元件(移動元件)時，特別是當壓電/電致伸縮裝置10被用于硬盤磁頭的定位或扭轉抑制(suppressing wringing)時，可能應附屬帶磁頭的滑動頭、磁頭、帶滑動頭的抑制器或類似構件(即，要求定位的構件)。同時，可附屬光閘等類似構件的防護罩。
如上所述，可調整固定部11以支撐薄板部12和保持部13。例如，當壓電/電致伸縮裝置10被用于硬盤磁頭的定位時，固定部11被固定附加到車架臂(carriage arm)上，而車架臂附加到VCM(音圈馬達)中。固定部11也可附加到車架臂的固定盤上、抑制器或類似構件上。在某些情況下，在固定部11中可提供用于驅動壓電/電致伸縮元件14的圖未示的終端或其它構件。這些終端的寬度近似于電極寬度，或者可以比電極更窄或者部分更窄。
組成保持部13和固定部11的材料無特定限制，只要保持部13和固定部11有足夠的硬度即可。一般地，這些部分優(yōu)先選用陶瓷材料，因為可對陶瓷粗胚片進行層疊處理，下面將具體說明。該材料的特定實例可以是主要成分為氧化鋯(穩(wěn)定氧化鋯或部分穩(wěn)定氧化鋯)、氧化鋁、氧化鎂、氮化硅、氮化鋁或氧化鈦的材料；也可以是主要成分為上述成分混合物的材料。壓電/電致伸縮裝置10優(yōu)先選用主要成分包含氧化鋯(特別地，穩(wěn)定氧化鋯或部分穩(wěn)定氧化鋯)的材料，因為該材料的機械強度和韌性都較高。當使用金屬材料制造保持部13和固定部11時，優(yōu)先選用不銹鋼、鎳或類似金屬材料。
如上所述，薄板部12由壓電/電致伸縮元件14驅動。薄板部12是類似薄板的構件，該構件有彈性，具有將配置在其表面上的壓電/電致伸縮元件14的膨脹/收縮位移轉換為彎曲位移的功能，并可將彎曲位移傳輸?shù)綄３植?3。因此，薄板部12的形狀和材料都無特定限制，只要薄板部12擁有彈性以及在彎曲變形時不會斷裂的機械強度即可；可考慮例如保持部13的反應和可操作性來選擇其形狀和材料。
薄板部12的厚度Dd(參見圖1)最好介于2μm到100μm；而薄板部12和壓電/電致伸縮元件14的總厚度最好介于7μm到500μm。各電極14a1到14a5的厚度最好介于0.1μm到50μm；而各壓電/電致伸縮層14b1到14b5的厚度最好介于3μm到300μm。
對于保持部13和固定部11而言，最好選用陶瓷材料形成薄板部12。在陶瓷材料中，最好選用主要成分為氧化鋯(特別地，穩(wěn)定氧化鋯或部分穩(wěn)定氧化鋯)的材料，因為該材料即使厚度較小也具有高的機械強度和韌性，且對組成壓電/電致伸縮元件14的電極14a1和壓電/電致伸縮層14b1的電極材料具有低的反應性。
薄板部12也可用有彈性且允許彎曲變形的金屬材料制成。在薄板部12的優(yōu)選金屬材料中，鐵制材料可以是不銹鋼和彈簧鋼，而非鐵材料可以是鈹銅、磷青銅、鎳和鎳鐵合金。
用于壓電/電致伸縮裝置10的穩(wěn)定氧化鋯或部分穩(wěn)定氧化鋯可按下列方式成為穩(wěn)定或部分穩(wěn)定。從釔氧化物、鐿氧化物、鈰氧化物、鈣氧化物和鎂氧化物中選擇至少一種化合物或兩種或多種化合物添加到氧化鋯中，進而可成為穩(wěn)定氧化鋯或部分穩(wěn)定氧化鋯。
各化合物的添加量如下所示若是釔氧化物或鐿氧化物，添加量為1到30mol％，最好是1.5到10mol％；若是鈰氧化物，添加量為6到50mol％，最好是8到20mol％；若是鈣氧化物或鎂氧化物，添加量為4到50mol％，最好是5到20mol％。特別地，優(yōu)先選用釔氧化物作為穩(wěn)定劑。在此情況下，釔氧化物的優(yōu)選添加量為1.5到10mol％(當金屬強度被認為非常重要時，更為適當?shù)奶砑恿渴?到4mol％；而當耐用性被認為非常重要時，更為適當?shù)奶砑恿渴?到7mol％)。
鋁、硅、過渡金屬氧化物等可作為燒結助劑添加到氧化鋯中，添加量為0.05到20wt％。當壓電/電致伸縮元件14通過膜層成形和整塊煅燒形成時，優(yōu)選添加鋁、鎂、過渡金屬氧化物等。
當固定部11、薄板部12和保持部13中至少有一部分的材料是陶瓷時，為了保持陶瓷材料擁有高機械強度和穩(wěn)定結晶相，氧化鋯的平均晶粒大小最好控制在0.05到3μm之間，更佳大小是0.05到1μm。如上所述，薄板部12可能由陶瓷材料組成，該材料與用來制成固定部11和保持部13的材料相類似(但不相同)。不過，考慮到連接部分可靠性的增強、壓電/電致伸縮裝置10強度的增強和壓電/電致伸縮裝置10制造過程的簡化，薄板部12的組成材料優(yōu)選地與保持部13和固定部11的材料基本一致。
壓電/電致伸縮裝置10可利用單元(unimorph)類型、雙元(bimorph)類型和類似類型的壓電/電致伸縮元件。不過，在單元類型中，薄板部12和對應壓電/電致伸縮元件結合在一起，它在位移量穩(wěn)定性方面有優(yōu)勢，可降低重量，且容易設計成在壓電/電致伸縮元件中產生的應力和與壓電/電致伸縮裝置變形關聯(lián)的影響之間避免發(fā)生對立方向。因此，單元類型適合于壓電/電致伸縮裝置10。
如圖1所示，當各壓電/電致伸縮元件14的一端位于固定部11(或對應保持部13)，而另一段位于對應薄板部12的側端面而形成壓電/電致伸縮元件14時，薄板部12可被驅動到更大程度。
優(yōu)選地，壓電/電致伸縮層14b1到14b4由壓電陶瓷材料組成。壓電/電致伸縮層14b1到14b4也可由電致伸縮陶瓷材料、鐵電陶瓷材料或反鐵電陶瓷材料組成。在壓電/電致伸縮裝置10中，如果保持部13的位移量和驅動電壓(或輸出電壓)之間的線性關系被認為是非常重要時，壓電/電致伸縮層14b1到14b4應由低銹磁滯(stain hysteresis)的材料組成。因此，優(yōu)選地，壓電/電致伸縮層14b1到14b4應選用矯頑電場為10kV/mm或更低的材料。
壓電/電致伸縮層14b1到14b4的特定材料是陶瓷，其中包含鋯酸鉛、鈦酸鉛、鎂鈮酸鉛、鎳鈮酸鉛、鋅鈮酸鉛、鎂鈮酸鉛、銻錫酸鉛、鎂鎢酸鉛、鈷鈮酸鉛、酒石酸鋇、鈉鈦酸鉍、鈮酸鈉鉀、鍶鈦酸鉍等類似成分的一種或多種混合物。
特別地，從高機電耦合系數(shù)、高壓電常量、在煅燒壓電/電致伸縮層14b1到14b4過程中和薄板(陶瓷)部分12的低反應和獲得一致成分的角度出發(fā)，壓電/電致伸縮層14b1到14b4應優(yōu)選主要成分為鋯酸鉛、鈦酸鉛或鎂鈮酸鉛的材料或者主要成分為鈉鈦酸鉍的材料。
此外，壓電/電致伸縮層14b1到14b4可選用含下列元素氧化物的陶瓷材料鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳、鈰、鎘、鉻、鈷、銻、鐵、釔、鉭、鋰、鉍或錫。在此情形下，鑭或鍶合成到作為主要成分的鋯酸鉛、鈦酸鉛或鎂鈮酸鉛中，則在某些情況下可得到好處，即矯頑電場和壓電特性變成可調的。
請注意，應避免將易于玻璃化的材料，如硅，添加到壓電/電致伸縮層14b1到14b4的材料中。這是因為，在壓電/電致伸縮層14b1到14b4的熱處理過程中，硅或類似材料易于與壓電/電致伸縮材料發(fā)生反應；結果，壓電/電致伸縮材料的成分隨著壓電屬性的合成退化而發(fā)生變化。
同時，壓電/電致伸縮元件14的電極14a1到14a5可由室溫下為固態(tài)且導電性極好的金屬組成。該金屬例如包含鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、鈀、銠、銀、錫、鉭、鎢、銥、鉑、金、鉛以及這些金屬的合金。此外，電極材料可以是金屬陶瓷材料，通過將與壓電/電致伸縮層14b1到14b4或薄板部12一致的材料分散到上述任何一種金屬中，即可形成金屬陶瓷。
根據壓電/電致伸縮層14b1到14b4的形成方法，選擇用于壓電/電致伸縮元件14的電極材料。例如，在果電極14a1在薄板部12上形成，接著在電極14a1上通過煅燒形成壓電/電致伸縮層14b1的情況下，電極14a1必須由高熔點的金屬組成，如鉑、鈀、鉑鈀合金或銀鈀合金，它們即使暴露在壓電/電致伸縮層14b1的燒制溫度下也能保持完整無缺。這同樣適用于其它電極(電極14a2到14a5)，其形成在煅燒相應壓電/電致伸縮層之后。
相反，如果最外層電極14a5在壓電/電致伸縮層14b4上形成，則電極14a5的形成無需在煅燒壓電/電致伸縮層之后。因此，電極14a5可由主要成分為較低熔點的金屬組成，如鋁、金或銀。
由于層狀電極14a1到14a5可能導致壓電/電致伸縮元件14位移的降低，各電極層應相當薄。特別地，在壓電/電致伸縮層14b4煅燒之后形成的電極14a5，優(yōu)選通過有機金屬膏(organic metal paste)組成，它可在煅燒之后形成密集極薄的膜層。該金屬膏包含含金樹脂膏(gold resinate paste)、含鉑樹脂膏和含銀樹脂膏。
在圖1的壓電/電致伸縮裝置10中，與薄板部12相應末端完整結合在一起的保持部13，其厚度比薄板部12的厚度Dd更厚。不過，如圖4所示，保持部13的厚度可與薄板部12的厚度幾乎相等。結果，在保持部13中的物體大小可等于薄板部12間的距離。在此情況下，為充分支撐物體而使用粘合劑的區(qū)域，其作用相當于相應的保持部13。此外，在此情況下，可提供用于指定應用粘合劑的區(qū)域的突出部分(projection)。理想的，該突出部分使用與薄板部12相同的材料形成，并通過整體燒結或整體鑄造與薄板部12結合在一起。
上述壓電/電致伸縮裝置10也可用于超聲波感應器、加速度感應器、角速度感應器、沖擊感應器、質量感應器或類似的感應器。在這些感應器的應用中，通過適當調整在兩相對保持部13或兩相對薄板部12間支撐的物體大小，壓電/電致伸縮裝置10可以很容易地調整感應器靈敏度。
下面將描述一種制造上述壓電/電致伸縮裝置10的方法。優(yōu)選地，壓電/電致伸縮裝置10基體部分(除了壓電/電致伸縮元件14之外，即其包含固定部11、薄板部12和保持部13)通過陶瓷粗胚片層疊處理來制造。同時，壓電/電致伸縮元件14可通過膜層形成過程來制造，可調整該過程以形成薄膜、厚膜或相似膜。
陶瓷粗胚片層疊處理允許壓電/電致伸縮裝置10中基體部分的各組件的整體成形。因此，使用陶瓷粗胚片層疊處理可使得各組件間的結合部分隨著時間推移也幾乎不受狀態(tài)變化的影響，從而可加強結合部分的可靠性并保證剛度。當基體部分通過層壓金屬板形成時，使用擴散結合處理可使得各組件間的結合部分隨著時間推移也幾乎不受狀態(tài)變化的影響，從而可保證結合部分的可靠性和剛度。
根據本實施方式的如圖1所示的壓電/電致伸縮裝置10中，薄板部12和固定部11間的邊緣部分(結合部分)，以及薄板部12和對應保持部13間的邊緣部分(結合部分)，作為位移行為的支點。因此，結合部分的可靠性是決定壓電/電致伸縮裝置10的特性的重要因素。
下面所述的制造方法具有高生產率和極好的可成形性，從而可以在短時間內以很好的再生率量產具有預定形狀的壓電/電致伸縮裝置10。
在下面的描述中，通過層疊多個陶瓷粗胚片得到的層疊片可定義為陶瓷粗胚層疊片22(請參見圖6)；通過煅燒陶瓷粗胚層疊片22得到的整體可定義為陶瓷層疊片23(請參見圖7)。
制造方法的具體實現(xiàn)如下準備一單張薄片，使等同于多個縱向和橫向排列在一起的圖7的陶瓷層疊片；相應于形成壓電/電致伸縮元件14的多個層疊片24(請參見圖8)的一層疊片，連續(xù)在預定區(qū)域的薄片表面形成；切割該薄片，由此可按相同處理過程制造多個壓電/電致伸縮裝置10。此外，與單窗口(包含如圖5中所示的Wd1等)聯(lián)合可生產兩個或多個壓電/電致伸縮裝置10。為了簡化描述，下文將描述通過切割陶瓷層疊片從陶瓷層疊片中獲得單個壓電/電致伸縮裝置10的方法。
首先，將粘合劑、溶劑、分散劑、可塑劑等與氧化鋯陶瓷粉混合，進而形成漿。對漿進行去沫處理。利用該去沫漿，通過逆轉輥式涂布處理、刮粉處理等類似處理，形成預定厚度的矩形陶瓷粗胚片。
接著，如圖5所示，如有必要，通過利用沖模，激光機或類似機器進行下料，由上面準備的陶瓷粗胚片形成多個陶瓷粗胚片21a到21f。
在圖5的實例中，矩形窗格Wd1到Wd4分別在陶瓷粗胚片21b到21e中。窗格Wd1和Wd4的形狀幾乎相同，而窗格Wd2和Wd3的形狀幾乎相同。陶瓷粗胚片21a和21f中的每一個包括可形成薄板部12的部分。陶瓷粗胚片21b和21e中的每一個包括可形成保持部13的部分。請注意，所給的陶瓷粗胚片數(shù)目僅僅是一個例子。在圖例中，陶瓷粗胚片21c和21d可由有預定厚度的單個粗胚片或層疊在一起以得到預定厚度的多個陶瓷粗胚片或有預定厚度的粗胚層疊片替換。
其后，如圖6所示，將陶瓷粗胚片21a到21f層疊并壓力接合在一起，進而形成陶瓷粗胚層疊片22。接著，燒制該陶瓷粗胚層疊片進而形成如圖7所示的陶瓷層疊片23。
對于形成陶瓷粗胚層疊片22(對于整體層疊片)的壓力接合操作，數(shù)目和順序都無特定限制。如果存在通過單向施加壓力(在單方向上的應用壓力)無法充分傳送到壓力的某部分，則可重復多次壓力接合，或者在壓力接合中使用帶壓力傳送物質的浸漬(impregnation)。此外，例如，根據所要制造的壓電/電致伸縮裝置10的結構和功能，可適當決定窗格Wd1到Wd4的形狀以及陶瓷粗胚片的數(shù)目和厚度。
當通過加熱實現(xiàn)上述整體層疊片的壓力接合時，層疊片可獲得更穩(wěn)定狀態(tài)。在進行壓力接合之前通過涂抹或壓印將主要包含陶瓷粉和粘合劑、作為粘合輔助層的糊、漿等應用到陶瓷粗胚片上時，可加強陶瓷粗胚片間的表面粘合狀態(tài)。在這種情況下，出于粘合可靠性的考慮，用于粘合輔助的陶瓷粉優(yōu)選地包含與用于陶瓷粗胚片21a到21f的材料相同或類似的成分。此外，當陶瓷粗胚片21a到21f很薄時，處理陶瓷粗胚片21a到21f時使用塑料膜(特別地，覆有含硅樹脂脫模劑的聚對苯二甲酸乙二醇酯膜)是優(yōu)選的。當窗格Wd1和Wd4等在相對較薄的薄片，如陶瓷粗胚片21b和21e，上形成時，在進行窗格Wd1和Wd4等的形成操作之前，各薄片應附加到上述塑料膜中。
接著，如圖8所示，壓電/電致伸縮層疊片24在陶瓷層疊片23的兩相對面上形成；即在燒制后的陶瓷粗胚片21a和21f的對應表面上。壓電/電致伸縮層疊片24的成形方式的實例包括厚膜形成方法和薄膜形成方法，厚膜形成方法例如絲網印刷法、浸漬法、涂層法和電泳法等；薄膜形成方法例如離子電鍍法、濺射鍍膜法、真空蒸鍍法、離子電鍍法、化學蒸鍍(CVD)法和電鍍法。
在壓電/電致伸縮層疊片24成形過程中使用這些膜形成方法，則無需適應粘合劑，即可將壓電/電致伸縮層疊片24和薄板部12整體結合(排放)在一起，從而保證可靠性和再生率，并有助于整體化。
在此情況下，壓電/電致伸縮層疊片24的成形過程更多優(yōu)先選擇厚膜形成方法。在膜成形中，厚膜形成方法允許使用糊、漿、懸浮液、乳狀液、溶膠等，這些溶劑包含的主要成分是壓電陶瓷顆?；驂弘娞沾煞?，其平均顆粒大小為0.01到5μm，最好是0.05到3μm。通過煅燒這樣形成的膜所獲得的壓電/電致伸縮層疊片24表現(xiàn)出良好的壓電/電致伸縮特性。
電泳法的優(yōu)勢在于可形成具有高密度和形狀高精確性的膜。絲網印刷法可同時控制膜厚度和形態(tài)形成，進而可簡化制造過程。
下面將詳細描述陶瓷層疊片23和壓電/電致伸縮層疊片24的成形方法的一個例子。首先，陶瓷粗胚層疊片22在1,200到1,600℃的溫度下進行整體煅燒，進而形成如圖7所示的陶瓷層疊片23。煅燒之后，如圖3所示，將電極14a1壓印到陶瓷層疊片23兩相對面的預定位置上。接著，壓印并煅燒壓電/電致伸縮層14b1。煅燒之后，將電極14a2壓印在相應壓電/電致伸縮層14b1上。重復進行該操作預定次數(shù)，從而形成壓電/電致伸縮層疊片24。接著，壓印并煅燒將電極14a1、14a3和14a5通過電線連接到驅動電路的接線端(圖未示)以及可將電極14a2和14a4通過電線連接到驅動電路的接線端(圖未示)。
作為選擇方案之一，也可按如下步驟形成壓電/電致伸縮層疊片24。壓印并煅燒底部電極14a1。接著，壓印壓電/電致伸縮層14b1和電極14a2并同時煅燒。其后，類似于上述方法，壓印單個壓電/電致伸縮層和單個電極然后同時煅燒，按預定次數(shù)重復進行該操作。
例如，在此情況下，電極14a1、14a2、14a3和14a4的組成材料的主要成分是鉑(Pt)；壓電/電致伸縮層14b1到14b4的組成材料的主要成分是鋯鈦酸鉛(PZT)；電極14a5的組成材料是金(Au)；而接線端的組成材料是銀(Ag)。此時，選擇材料的方式是它們的煅燒溫度應隨著層壓順序的上升而降低。這樣，在特定煅燒階段，已煅燒材料不會發(fā)生再燒結，從而避免發(fā)生諸如脫落或電極材料粘合的問題。
適當材料的選擇使得壓電/電致伸縮層疊片24中各組件及接線端可進行順序壓印，然后在同一煅燒操作中進行整體煅燒。此外，壓電/電致伸縮層疊片24也可按如下方法形成最外層壓電/電致伸縮層14b4的煅燒溫度可調整為高于壓電/電致伸縮層14b1到14b3的煅燒溫度，從而最終可讓壓電/電致伸縮層14b1到14b4達到相同燒結狀態(tài)。
壓電/電致伸縮層疊片24中各組件及接線端可通過薄膜形成方法形成，如濺射鍍膜法或蒸鍍法。在此情況下，熱處理并非必需的。
可采用下列同時煅燒方法。壓電/電致伸縮層疊片24在陶瓷粗胚層疊片22的兩相對面上形成；即在陶瓷粗胚片21a和21f的對應表面上。接著，同時煅燒陶瓷粗胚層疊片22和壓電/電致伸縮層疊片24。
在同時煅燒壓電/電致伸縮層疊片24和陶瓷粗胚層疊片22的示例方法中，通過采用漿原材料的膠帶形成法或類似方法，形成壓電/電致伸縮層疊片24的粗模(precursors)；通過熱壓力接合或類似工藝，在陶瓷粗胚層疊片22的兩相對面上碾壓壓電/電致伸縮層疊片24的粗模；接著，同時煅燒該粗模和陶瓷粗胚層疊片22。不過，在此方法中，必須事先通過上述任一膜成形法，在陶瓷粗胚層疊片22的兩相對面和/或對應壓電/電致伸縮層疊片24上形成電極14a1。
在另一種方法中，作為壓電/電致伸縮層疊片24的組成層，電極14a1到14a5和壓電/電致伸縮層14b1到14b4至少應絲網印刷到陶瓷粗胚層疊片22的某些部分，這些部分最終將形成對應薄板部12；并同時煅燒組成層和陶瓷粗胚層疊片22。
根據組成層的材料，適當決定壓電/電致伸縮層疊片24的組成層的煅燒溫度，但一般為500到1,500℃。壓電/電致伸縮層14b1到14b4的優(yōu)選煅燒溫度為1,000到1,400℃。在此情況下，為了控制壓電/電致伸縮層14b1到14b4的成分，當壓電/電致伸縮層14b1到14b4的材料蒸發(fā)處于受控狀態(tài)時(如，出現(xiàn)蒸發(fā)源)，進行燒結。同時煅燒壓電/電致伸縮層14b1到14b4和陶瓷粗胚層疊片22時，它們彼此的煅燒條件必須一致。壓電/電致伸縮層疊片24無需在陶瓷層疊片23或陶瓷粗胚層疊片22的兩相對面上形成，但可只在陶瓷層疊片23或陶瓷粗胚層疊片22的單個平面上形成。
接著，通過切割從陶瓷層疊片23去除多余部分，如上所述，壓電/電致伸縮層疊片24在陶瓷層疊片23之上形成(下文中，“包含陶瓷層疊片23和壓電/電致伸縮層疊片24的整體”，是組成壓電/電致伸縮裝置10的一部分，可稱為“切割物”)。特殊地，如圖9所示，沿著切割線(虛線)C1到C4切割該切割物。切割可通過機械機器(如，線性鋸或切塊/dicing)、激光器(如，YAG激光器或受激準分子激光器)或電子束機器進行切割。在本實施方式中，采用的是切塊(dicing)。
更具體而言，首先，沿著切割線C1和C2切割該切割物。執(zhí)行該切割之后，壓電/電致伸縮裝置10的總長度(即，保持部13末端和固定部11末端之間的長度)應在壓電/電致伸縮裝置10的最終長度允許范圍之內。也就是說，沿著切割線C1和C2切割之后，可決定壓電/電致伸縮裝置10的最終長度。
接著，沿著切割線C3和C4切割該切割物。該切割得到的壓電/電致伸縮裝置10，其側端面尚未進行下述的研磨過程。執(zhí)行該切割之后，壓電/電致伸縮裝置10的厚度(即，壓電/電致伸縮裝置10兩平行側端面之間的長度)應比壓電/電致伸縮裝置10的最終厚度大50μm。這一厚度為50μm的部分對應于下面所述的研磨允許范圍，該研磨在沿切割線C3和C4切割后形成的兩切割面上進行。這樣，壓電/電致伸縮裝置10的厚度并非由沿切割線C3和C4的切割決定，而是由隨后在切割后形成的兩切割面上進行的研磨決定的。
研磨允許范圍可能是一個不是50μm的數(shù)值。大的研磨允許范圍可減小壓電/電致伸縮裝置10的最終(已研磨)側端面的表面粗糙度(即，壓電/電致伸縮層14b1到14b4的最終側端面)，但需要更長的研磨時間。因此，可根據最終側端面的表面粗糙度和研磨需要時間來決定研磨允許范圍。
優(yōu)選的，進行切割時，窗體Wd1及其它窗體形成的孔利用填充物(如，臘或樹脂)進行填充，從而在切割過程中避免薄板部(對應于陶瓷粗胚片21a和21f的部分)的抖動。切割之后，應通過適當溶劑分解該填充物或者通過加熱或燒結將其燒盡。優(yōu)選的，進行切割之前，有機樹脂或包含有機樹脂的漿糊等和陶瓷材料應用于層疊片24的表面，它們可在烘干和淬水之后加入到壓電/電致伸縮元件14中，進而形成保護膜(保護層)。保護膜的厚度優(yōu)選1到500μm，最好是20到100μm。可通過壓印、濺射或類似技術形成該保護膜。可增加壓電/電致伸縮元件中最外部電極層的厚度，從而使電極層可起到保護膜的作用。沿著切割線C3和C4的切割優(yōu)選通過線性鋸進行。
接著，在壓電/電致伸縮裝置10的兩側端面上進行研磨，該側端面通過上述切割物的切割獲得。特定地，沿著切割線C1-C4的切割，得到多個(未研磨的)壓電/電致伸縮裝置10，利用熱熔臘，將各壓電/電致伸縮裝置10的兩側端面之一連接到預定研磨架(主板)的表面上，從而將各壓電/電致伸縮裝置10固定到主板上。
接著，各壓電/電致伸縮裝置10的兩側端面中，并非固定到主板上的另一側端面(即，暴露在外的側端面)，可通過帶樹脂粘合砂輪的表面研磨機進行研磨，從而可使設備厚度減少10μm左右。通過該研磨，可使多個壓電/電致伸縮裝置10的厚度彼此相等(即，使主板面到暴露在外的側端面之間的高度彼此相等)。
隨后，利用精研機對各暴露在外的側端面進行鏡面拋光，精研機使用金剛漿作為研磨劑，金剛漿包含的金剛顆粒大小為1μm或更小，從而可使設備厚度減少10μm左右。通過該鏡面拋光，各壓電/電致伸縮裝置10(即，壓電/電致伸縮層14b1到14b4)的兩側端面之一即完成。
接著，加熱主板將熱熔臘熔化，從而將各壓電/電致伸縮裝置10從主板上移除。接著，翻轉各壓電/電致伸縮裝置10，利用熱熔臘將上面已完成的側端面連接到主板表面，從而再次將各壓電/電致伸縮裝置10固定到主板上。通過該步驟，即可將各未完成的側端面暴露在外。
接著，與上述方法類似，利用帶有上述樹脂粘合砂輪的表面研磨機，對各未完成的側端面進行研磨，從而可使設備厚度減少10μm左右。隨后，利用上述精研機，對各已研磨而未完成的側端面進行鏡面拋光，精研機使用金剛漿作為研磨劑，金剛漿包含的金剛顆粒大小為1μm或更小，直至各壓電/電致伸縮裝置10的厚度介于壓電/電致伸縮裝置10的最終厚度允許范圍之內，鏡面拋光才完成。通過上述步驟，各壓電/電致伸縮裝置10(即，壓電/電致伸縮層14b1到14b4)的兩側端面都完成了。如上所述，各壓電/電致伸縮裝置10的兩側端面都經過研磨。通過上述研磨或拋光，設備厚度的減少可適當變化。
接著，加熱主板將熱熔臘熔化，從而將各壓電/電致伸縮裝置10從主板上移除。隨后，為了移除粘附在壓電/電致伸縮裝置10表面的熱熔臘、研磨碎片、拋光粉等，將壓電/電致伸縮裝置10置于預定清洗臺，利用芳烴溶劑、異丙醇、丙酮或諸如堿性清潔劑等的清潔劑用超聲波清潔器進行清洗。
接著，將上述已清洗的各壓電/電致伸縮裝置10完全沖洗，然后在預定真空干燥器中進行真空烘干。通過上述步驟，可同時制造多個壓電/電致伸縮裝置10(如圖1所示)。隨后，各壓電/電致伸縮裝置10可進一步在溫度為300℃到900℃(最好是500℃到850℃)的空氣中實施熱處理，進而燒盡或移除粘附在設備10表面的有機物質。
各壓電/電致伸縮裝置10(即，壓電/電致伸縮層14b1到14b4)中上述已拋光(已完成)側端面的表面粗糙度可通過控制拋光條件(如，所使用研磨劑的類型或顆粒大小)進行適當調整。例如，當使用顆粒大小為3μm或更小的金剛顆粒作為研磨材料時，側端面的最大表面粗糙度(Ry)可調整為0.5μm，而當使用顆粒大小為0.5μm或更小的金剛顆粒作為研磨材料時，側端面的最大表面粗糙度(Ry)可調整為0.1μm。表面粗糙度的獲得如下所示對測量表面(即，壓電/電致伸縮裝置10的側端面)進行金濺鍍(1,000)；利用激光顯微鏡在壓電/電致伸縮裝置側端面上沿與層表面平行的方向(即，與薄板部12外表面平行的方向)的預定點處測量表面粗糙度，測量的長度為0.05mm。固定部11側端面的表面粗糙度也可用針頭類型的表面粗糙度儀表進行測量。
上述精研機利用其中包含金剛顆粒作為松散拋光粉(loose abrasivegrains)的金剛漿，通過該精研機完成的拋光也可通過預定砂紙來完成。如此拋光的表面(即，壓電/電致伸縮裝置10的側端面)可進一步進行噴砂拋光(blast finishing)，進而調整已拋光表面的表面粗糙度。此外，該拋光表面可采用包含滾筒研磨、逆濺射、離子銑、化學蝕刻、等離子蝕刻、雷射燒蝕、熱侵蝕和熱處理等在內的任何一種技術，或者也可將這些技術的任意兩種或多種組合在一起，進而調整拋光表面的粗糙度和表面應力。
優(yōu)選地，對上述切割物(或壓電/電致伸縮裝置10)執(zhí)行上面所述的各步驟(從切割到真空干燥)，該切割物在預定位置與薄板切割基體(與切割物一起切割)通過粘合劑結合在一起，薄板切割基體諸如為玻璃板、硅片、有機樹脂材料形成的板或膜(如，PET、PC、PE或PP)。這些切割基體與切割物結合在一起的情況下，例如，當上述過程(包括切割和真空干燥)中需要移除物體時，僅握住切割基體而不需與物體直接接觸即可將物體移除。因此，可避免發(fā)生由切割物(或壓電/電致伸縮裝置10)的意外彎曲、裂化或侵蝕等引起的缺陷。
特別更適宜地，例如，準備一薄片，其結構為多個切割物縱向和橫向排列在單個平面上；切割薄片之前，利用粘合劑將薄板切割基體與薄片表面粘合在一起；同時切割該基體與薄片，進而形成與該切割基體粘合在一起的(未經拋光的)壓電/電致伸縮裝置10。
通過如上所述的切割和拋光以形成壓電/電致伸縮裝置10側端面(即，壓電/電致伸縮層14b1到14b4)，為了確認產生的灰塵量(由于粒子分離)有所降低，可進行灰塵量測定試驗。下面將描述該試驗的過程和結果。
灰塵量測定試驗的步驟如下所示。
1.利用預定的超純水制造裝置得到預定量的超純水。
2.用上面得到的超純水充分清洗燒杯。
3.將上面得到的超純水(Q1m3)裝入已清洗干凈的燒杯中。
4.將裝有超純水(Q1m3)的燒杯應用于US清潔器一分鐘。
5.利用粒子計數(shù)器計算燒杯中超純水(Q1m3)所含的離子數(shù)(即，超純水本身所含的粒子數(shù))，根據該計量結果測定每單位體積超純水所含的粒子數(shù)(A)。
6.計量出上述粒子數(shù)之后，將試驗樣本放置到燒杯中所含的超純水(Q2m3中，并將該燒杯應用于US清潔器一分鐘。
7.利用上述粒子計數(shù)器計算燒杯中超純水(Q2m3)所含的離子數(shù)(即，超純水本身所含的粒子數(shù)和從試驗樣本中去除的粒子數(shù))，根據該計量結果可測定每單位體積超純水所含的粒子數(shù)(B)。
8.可根據下列公式判定從試驗樣本中去除的粒子數(shù)，即灰塵量(N)N＝(B-A)·Q2。
可準備下列三類試驗樣本(每類一個樣本)1號側端面未研磨的試驗樣本(即，圖1中的壓電/電致伸縮裝置10且其側端面未經研磨)；2號側端面未研磨但已經過用于微裂紋分離的熱處理的試驗樣本(即，圖1中的壓電/電致伸縮裝置10且其側端面未經研磨，但已經過300℃到800℃的熱處理)；3號側端面已研磨的試驗樣本(即，本發(fā)明的產品，對應于圖1中的壓電/電致伸縮裝置10)。
表1給出了對上述三類試驗樣本(即，三個試驗樣本)進行灰塵量測定試驗的結果。
表1

由表1可見，側端面未經研磨的樣本經過上述用于微粒分離的熱處理或研磨側端面之后，因微裂紋分離引起的灰塵量(N)有所減少。
如上所述，本發(fā)明的壓電/電致伸縮裝置可用作有源元件，諸如用于通信和能源應用、振蕩器和鑒別器的各種變頻器、各種制動器、頻域功能部件(濾波器)、變壓器、振蕩器和共鳴器；同時也可用作各種感應器中的感應元件，諸如超聲波感應器、加速度感應器、角速度感應器、沖擊感應器和質量感應器。此外，壓電/電致伸縮裝置可用作裝置中的各種制動器，用于位移、位置調整，或角度調整光學設備、精儀設備及類似設備中各種精密部件。
壓電/電致伸縮裝置的壓電/電致伸縮層具有一側端面(切割面或加工面)(作為壓電/電致伸縮元件(壓電/電致伸縮裝置)的側端面)，它形成單一平面且其表面粗糙度的算術平均值為0.05μm或更小。通過對粗糙表面進行切塊，而后進行拋光加工，可形成側端面。
通過拋光對側端面進行加工，可將壓電/電致伸縮層的側端面的表面粗糙度降低到0.05μm或更小，從而在側端面附近形成均勻殘留變形(即，殘留應力)。因此，例如，當壓電/電致伸縮層在壓電/電致伸縮裝置運行期間發(fā)生變形時，避免了在側端面附近產生本地異常高應力(應力集中)，進而避免發(fā)生粒子分離趨勢。
在切塊過程中由于負載應用在壓電/電致伸縮層的側端面附近產生的微裂紋，可通過研磨該粗糙表面將其消除。因此，盡管在壓電/電致伸縮裝置操作過程中產生的重復應力會施于壓電/電致伸縮層(即，盡管壓電/電致伸縮層發(fā)生重復變形)，也不會發(fā)生因微裂紋變大而引起的粒子分離。
因此，已經切塊的壓電/電致伸縮裝置，無需為了避免壓電/電致伸縮層的側端面中的離子分離而實行上述熱處理以消除微裂紋，熱處理會導致生產效率的降低。此外，可加快切塊速度；即，可縮短切塊所需的時間，因為切塊之后會進行研磨等處理，所以沒有必要將切塊所形成粗糙表面的表面粗糙度調整到相對較低的水平。
因此，根據本發(fā)明，可高效生產壓電/電致伸縮裝置，且該裝置可應用于側端面微粒分離應限制在最低可能水平的環(huán)境中；即，例如，壓電/電致伸縮裝置可用于控制硬盤磁頭位置的制動器。
本發(fā)明不限于上述實施例，在本發(fā)明范圍內可作各種修改。例如，在上述實施例中，沿圖9所示的切割線C1和C2對切割物進行切割之后，再沿著切割線C3和C4對切割物進行切割。不過，在沿著切割線C1和C2對切割物進行切割之前，也可先沿著切割線C3和C4對切割物進行切割。
在上述實施例中，切割物(即，壓電/電致伸縮裝置)的切割完成之后，用表面研磨機對壓電/電致伸縮裝置中的側端面進行研磨，然后利用精研機對其進行拋光以完成加工。然而，切割物(即，壓電/電致伸縮裝置)的切割完成之后，利用表面研磨機對壓電/電致伸縮裝置中的側端面進行研磨的步驟可以省略，僅通過精研機對其拋光即可完成壓電/電致伸縮裝置的側端面。
在上述實施例中，壓電/電致伸縮元件14包含多個電極14a1到14a5和多個壓電/電致伸縮層14b1到14b4。然而，壓電/電致伸縮元件可由一對電極以及夾在該對電極間的單個壓電/電致伸縮層組成。
在固定部11、薄板部12和保持部13是由金屬形成的情況下，圖7所示的陶瓷層疊片23可由相同形狀的金屬結構替代，與陶瓷層疊片形狀相同的金屬結構可通過鑄造得到?？蛇x地，可準備與圖5所示的陶瓷粗胚片形狀相同的金屬薄板，并通過覆層處理將其層疊在一起，從而形成與陶瓷層疊片23形狀相同的金屬結構。
在上述實施例的壓電/電致伸縮裝置10中，可在成對保持部13間持有物體。不過，如圖10所示，通過粘合劑13b可在成對保持部13間持有間隔裝置13a。此外，如圖11所示，可通過焊接或類似技術在根據上述實施例的壓電/電致伸縮裝置的保持部的側端面(圖11中的較低表面)上持有物體。
此外，可使用如圖12所示的結構。特定地，上述實施例中固定部11的中心部分被切開，進而形成一對固定部11a，這樣固定部11a可支持相應薄板部12。成對薄板部12的末端部分可完整連接在一起，進而形成保持部13a。
在上述實施例的壓電/電致伸縮裝置10中，薄板部12的末端部分(即，保持部13)的厚度調整為大于薄板部12(參見圖1)的厚度(Dd)。不過，如圖4所示，薄板部12的末端部分的厚度可調整為等于薄板部12的厚度(Dd)，而各末端部分可向外彎曲一定角度。利用該配置，要在成對薄板部12間保持的物體能很容易地插入到末端部分。另外，當保持物通過焊接(bonding)進行固定時，應在焊接表面使用粘合劑。
可選地，薄板部12的末端部分的厚度可調整為等于薄板部12的厚度(Dd)，而各末端部分可向外彎曲一定角度。利用該配置，當保持物通過焊接進行固定時，不會發(fā)生因焊接強度的增加而引起物體的脫落趨勢。
當上述實施例的壓電/電致伸縮裝置10中的側端面進行拋光時，可能在薄板部12中或薄板部12與固定部11間的邊界處產生裂紋。在此情況下，側端面(即，已拋光表面)呈現(xiàn)為鏡面狀態(tài)，因此，利用冶金顯微鏡或立體顯微鏡很難檢測出該裂紋。
不過，當利用視場光闌(field stop)使入射光線進入基體部分時，可檢測到該裂紋。裂紋檢測的機制為入射光在基體內部散射，散射光線因裂紋邊界而被阻止，從而使裂紋產生區(qū)域變得非常明顯。與上述情形類似，可通過觀察發(fā)射光線檢測裂紋。不過，該檢測需要用透明夾板將壓電/電致伸縮裝置10夾住。
薄板部12(震動板)中產生的裂紋可利用震動板共振頻率的方法進行檢測。特別地，該方法基于下列現(xiàn)象震動板共振頻率隨著裂紋的產生而下降，當震動板共振頻率低于預定正常范圍時，即可檢測出裂紋。
不過，裂紋的尺寸越小，因裂紋產生引起的共振頻率的降低量就越小。因此，當震動板中產生小裂紋時，震動板共振頻率可能仍在預定正常范圍內，從而無法檢測小裂紋。為了避免發(fā)生這樣的檢測失誤，在測量震動板共振頻率之前，震動板必須經過處理使板中產生的裂紋充分生長，這樣震動板的共振頻率就變得比上述預定正常范圍更低。
使震動板中產生的裂紋生長的處理實例包含下列處理，驅動壓電/電致伸縮裝置10的驅動信號頻率應在預定時間段內按預定循環(huán)在預定頻率范圍(包含震動板的共振頻率)內掃描(sweep)。在此處理中，應適當確定驅動信號的電壓(即，驅動電源)為一電平，從而使得已在震動板中生成的裂紋長大，而無裂紋的震動板卻不被破壞(即，無裂紋的震動板中不會產生新的裂紋)，同時應根據震動板的斷裂強度判斷震動板的共振頻率。
權利要求
1.一種壓電/電致伸縮裝置，其包括薄板部；支撐薄板部的固定部；和至少在薄板部的一個平面上形成的壓電/電致伸縮元件，壓電/電致伸縮元件包括層疊在一起的多個電極和至少一個壓電/電致伸縮層，形成單個平面的壓電/電致伸縮元件的側端面由所述多個電極的各側端面和所述至少一個壓電/電致伸縮層的側端面組成，其特征在于壓電/電致伸縮層的側端面的表面粗糙度的算術平均值為0.05μm或更小。
2.如權利要求1所述的壓電/電致伸縮裝置，其中，壓電/電致伸縮層的側端面通過研磨壓電/電致伸縮元件的側端面而形成，其形成所述單個平面。
全文摘要
壓電/電致伸縮裝置10包含固定部11；固定部支撐的薄板部12；由交替層疊在一起的多個電極和多個壓電/電致伸縮層組成的壓電/電致伸縮元件14。壓電/電致伸縮裝置10的制造過程如下首先，在成為薄板部12的薄板體表面形成壓電/電致伸縮層疊片，該層疊片由層疊的電極和壓電/電致伸縮層組成；接著，切割該薄板體和壓電/電致伸縮層疊片；對切割形成的切割面(側端面)進行拋光處理，從而使其表面粗糙度的算術平均值為0.05μm或更小。該拋光過程可在側端面附近得到均勻殘留應力，同時消除上述切割時在側端面附近產生的微裂紋，從而有效避免側端面的粒子分離。
文檔編號H01L41/22GK1839487SQ20048002389
公開日2006年9月27日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權日2003年8月21日
發(fā)明者池田幸司, 柴田和義 申請人:日本礙子株式會社